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04. 10. 2023
Verfasst von: Stephen Hölzel, Heiko Hepp

LaneCharge – ein berührungsloses Ladesystem für E-Autos

Ein Auto steht auf einem Parkplatz. Kreise symbolisieren die Spulen im Boden und im Auto zur Energieübertragung. © EDAG Group
Wo kann ich mein E-Auto aufladen? In Städten ist das oft eine schwierige Frage. Eine Alternative zu Ladesäulen könnten induktive Ladestationen im Boden sein. Zur Energieübertragung muss das Auto präzise auf den entsprechenden Ladeflächen stehen.

Wie können Städte die Energieversorgung von Elektromobilen sicherstellen? Das ist eine der größten Herausforderungen der Verkehrswende. Die Hochschule Hannover erforscht eine Alternative zu Schnellladesäulen: das berührungslose, induktive Laden über Luftspulen, die im Boden versenkt sind. Das System eignet sich für Taxis und Sharing-Autos und kann weitere Vorteile bieten, zum Beispiel Stromnetze entlasten oder Speicherkapazität und Batteriegröße in E-Autos verringern.

Laden durch elektromagnetische Induktion

Ausbau von Schnellladelösungen – das ist vielfach das Mittel der Wahl, um eine ausreichende Energieversorgung von Elektrofahrzeugen sicherstellen zu können. Mit den kontinuierlich ansteigenden Neuzulassungen von E-Autos werden Kommunen, Mobilitätsanbieter und Energieversorger aber nicht darum herumkommen, die Ladeinfrastruktur auch in der Breite mit geringer Ladeleistung aufzubauen. „Denn gerade im urbanen Raum mit seiner hohen Fahrzeugdichte lassen sich Schnellladesäulen nicht überall realisieren“, sagt Elektro-Ingenieur Stephen Hölzel, „oder immer mehr Ladestationen werden das Stromnetz ansonsten zunehmend überfordern.“ In einem Forschungsteam der Hochschule Hannover arbeitet er an alternativen Lösungen.

Energie kontakt- und barrierefrei übertragen

Eine andere Möglichkeit ist das Laden mittels elektromagnetischer Induktion. „Durch die kontaktlose Energieübertragung eröffnen sich völlig neue Lösungsräume, welche kabelgebunden undenkbar wären“, erläutert Stephen Hölzel. Beispielsweise übertragen im Boden versenkte Sendespulen die Energie ans Auto, wo Empfängerspulen den Strom für die Batterie aufnehmen. So lassen sich induktive Ladelösungen unsichtbar in das vorherrschende Stadtbild integrieren, da keine dezidierten Ladesäulen notwendig sind. „Vom Wegfall der Barrieren durch Ladesäulen oder der Stolperfalle Ladekabel ganz zu schweigen“, ergänzt der Forscher.

Die Skizze mit durchsichtigem Fahrzeug auf einem Straßen-Abschnitt zeigt die Lage der Sende- und Empfängerspule. © Hochschule Hannover
In der Schnittdarstellung ist die Ausrichtung des Fahrzeugs zwischen Sendespule (im Boden) und der Empfängerspule (im Fahrzeug) dargestellt. Für eine optimale Positionierung liegen die beide Spulenmittelpunkte übereinander.

Im Projekt LaneCharge entwickelt und erprobt das Forschungsteam ein kabelloses Ladesystem. „Ein solches Ladesystem erlaubt im Vergleich zu den konventionellen Lademöglichkeiten, Elektrofahrzeuge kontakt- und barrierefrei zu laden“, erklärt Stephen Hölzel. „Es fügt sich unauffällig durch asphaltintegrierte Ladespulen in die Umgebung ein und realisiert häufiges Nachladen kleinerer Energiemengen.“ Das schafft darüber hinaus die Voraussetzungen für „Stopp & Go“-Situationen, um Fahrzeuge mit kleineren Batterien bei unveränderter Reichweite auszustatten. Das macht das Ladesystem insbesondere für Taxiwirtschaft oder Car-Sharing-Systeme attraktiv.

Robustes Ladesystem mit geringer Komplexität

Die technischen Herausforderungen in diesem Projekt sind groß. Das Forschungsteam hat unter anderem ein Konzept für die Regelung am Fahrzeug erarbeitet, bei dem sich die Kommunikation darauf reduziert, die Ein- und Ausschaltbefehle zu identifizieren und zu übermitteln. Die fahrzeugseitige Regelung erlaubt darüber hinaus, mehrere Sendespulen mit nur einer Leistungselektronik zu betreiben. Die dadurch geringere technische Komplexität auf der Infrastrukturseite verspricht deutlich niedrigere Investitionskosten und erhöht die Robustheit gegenüber gängigen Systemen mit einer Regelung auf der Ladestationsseite. Vor einer breiten Markteinführung müssten die Systeme noch standardisiert werden.

Ein Auto steht auf einer Hebebühne vor einer Ladeplatte und neben Steuerungssystemen. © EDAG Group
Auf dem Teststand überprüft das Forschungsteam die Leistungselektronik, die das induktive Laden der E-Auto-Batterie über eine elektromagnetische Spule regelt.

Das Projekt LaneCharge, das die Hochschule Hannover leitet, befindet sich aktuell in der finalen Phase mit der Inbetriebnahme der Teststrecke auf dem hannoverschen Hochschul-Campus. Die Projektpartner sind EDAG Group, SUMIDA Components and Modules sowie die Technische Universität Braunschweig. Gefördert wird das Projekt in der Förderrichtlinie Elektromobilität vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV). Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.

 

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Redaktioneller Hinweis: Dieser Text steht unter der CC BY 3.0 DE-Lizenz
Zitation: Hölzel, S., & Hepp, H. (2023). LaneCharge – ein berührungsloses Ladesystem für E-Autos. Wissen hoch N. https://doi.org/10.60479/AN6T-HV96
Prof. Dr.-Ing. Heiko Hepp
Adresse
Hochschule Hannover
Fakultät I, Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik
Prof. Dr.-Ing. Heiko Hepp
Adresse
Hochschule Hannover
Fakultät I, Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik
Stephen Hölzel, M. Sc.
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Hochschule Hannover
Fakultät I, Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik
Stephen Hölzel, M. Sc.
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Hochschule Hannover
Fakultät I, Fachgebiet Regelungstechnik und Mechatronik
Hochschule Hannover, Stabsabteilung Forschung, Entwicklung und Transfer
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